正如大家所熟知，光刻机下一个发展方向是引入High NA (0.55NA) EUVL，以实现低至 8nm 的半间距成像（half-pitch imaging）。
为了支持引入High NA EUVL，imec 和ASML 正在建立一个High NA EUV 实验室，以满足High NA 芯片制造商的早期开发需求。与此同时，我们正在与更广泛的图案化设备和材料供应商生态系统合作，以便能够访问 High NA 实验室并准备 EUV 抗蚀剂材料、底层、干法蚀刻、光掩模、分辨率增强技术 (RET) 和计量技术。”
在imec看来，当前的首要任务是确保High NA 工具的可用性。ASML 和蔡司在集成所有模块和光学元件方面取得了显著进展。尽管已经为引入低 NA EUV 开发了许多与工艺相关的突破性解决方案，但仍需要进一步发展以有效引入High NA EUV。
除了High NA 工具之外，EUV 光刻胶开发仍然是 imec 与其生态系统合作伙伴的首要任务之一。High NA EUVL 的出现将进一步提高分辨率并减小特征尺寸，同时降低焦深。这当然会导致薄膜（film）厚度缩小，这需要实施新的光刻胶和underlayers，以优化蚀刻过程中的 EUV 吸收和图案转移。
此外，imec认为还需要推动随机粗糙度（stochastic roughness）的持续改进，在极端情况下，甚至是 EUV 图案光刻胶的失败（patterned resists）——这是我们几年前发现的一种现象。过去，光刻胶图案化性能通过分辨率、线边缘粗糙度 (LER) 或局部 CD 均匀性 (LCDU) 和灵敏度（也称为 RLS 参数）来表示。今天，考虑到随机因素的重要性，图案化性能已经在早期开发阶段通过第四个参数（失败）进行评估，该参数反映了受随机因素限制的工艺窗口尺寸。imec相信存，在减轻随机失败的解决方案由光刻胶系统诱导并扩大工艺窗口，同时降低剂量，他们打算与其合作伙伴一起在 High NA 实验室展示这些新技术。
一条公式指导的行业
在ASML全球各地的办公室，都粘贴着一个光学领域的公式——瑞利准则。
其中，CD （critical dimension）是临界尺寸，用以衡量光刻系统可以印刷的最小结构的尺寸；λ是光源的波长；NA为数值孔径，表示光线的入射角；k1 一个是与光学和工艺优化相关的常数。
如公式所示，为了让CD更小，在k1不变的情况下，可以缩小λ，或者提高NA。这也正是过去多年光刻机光源从波长为365nm的i-line、KrF、ArF、ArF Immersion向波长为13.5nm的EUV演进的原因。
至于NA方面，按照ASML所说，使用较大NA 的透镜/反射镜，可以打印较小的结构。而除了更大的镜头外，ASML还通过在最后一个镜头元件和晶圆之间保持一层薄薄的水膜，利用水的breaking index 来增加 NA（所谓的浸没系统），从而增加了我们 ArF 系统的 NA。而在波长向 EUV 迈进之后，ASML 也正在开发下一代 EUV 系统——EUV 0.55 NA（高 NA），我们将数值孔径从 0.33 提高到 0.55。
ASML解析道，光刻系统本质上是一个投影系统。例如在其DUV 系统中，光线通过将要打印的图案蓝图（称为“mask”或“reticle”）投射；而在EUV 系统中，光通过reticle反射。通过在光中编码图案（pattern encoded），系统的光学器件会收缩（shrink）并将图案聚焦到光敏硅片上。图案打印完成后，系统会稍微移动晶圆，并在晶圆上制作另一份副本。
在芯片制造过程中，光刻机不断重复这个过程，直到晶圆被图案覆盖，完成晶圆芯片的一层。要制作完整的微芯片，需要逐层重复此过程，堆叠图案以创建集成电路 (IC)。按照ASML解析说，最简单的芯片有大约 40 层，而而最复杂的芯片可以有 150 多层。
“要打印的特征的大小因层而异，这意味着不同类型的光刻系统用于不同的层——我们最新一代的 EUV 系统用于具有最小特征的最关键层，而我们的 ArFi， ArF、KrF 和 i-line 系统可用于具有较大特征的不太关键的层。”ASML在财报中说。
如上文所说，为了在关键层做更小的CD，ASML正在推进数值孔径为0.55的High-NA光刻机，Martin van den Brink表示，客户将在2024到2025间在其上面进行研发，并有望在2025到2026年间进行大规模量产。
供给侧跟进
随着EUV光刻技术变得越来越重要，ASML的优势也越发明显。不过，光刻机供货商除ASML之外，还有日本厂商尼康（Nikon）和佳能（Canon），这两家在深紫外线（DUV，光源波长比EUV长）的光刻技术上能与ASML竞争，但ASML作为企业龙头，在DUV光刻领域，也拥有62％的市场份额。
目前，虽然只有ASML一家能生产EUV光刻机，但由于其技术过于复杂，也需要与业内的半导体设备厂商和科研机构合作，才能生产出未来需要的更先进EUV设备。
例如，不久前，东京电子（TEL）宣布，向imec-ASML联合高 NA EUV 研究实验室推出其领先的涂布机，该设备将与 ASML 的下一代高NA EUV光刻系统NXE:5000 集成。
与传统的 EUV 光刻相比，高 NA EUV 光刻有望提供更先进的图案缩放解决方案。被引入联合高 NA 实验室的涂布机/显影剂将具有先进的功能，不仅与广泛使用的化学放大抗蚀剂和底层兼容，而且还与旋涂含金属抗蚀剂兼容。旋涂含金属抗蚀剂已表现出高分辨率和高抗蚀刻性，有望实现更精细的图案化。然而，含金属的抗蚀剂还需要精密的图案尺寸控制以及芯片背面和斜面的金属污染控制。为了应对这些挑战，安装在联合高 NA 实验室的涂布机/显影剂配备了能够处理含金属抗蚀剂的前沿工艺模块。
结合新的工艺模块，TEL Coater/Developer 的单个单元可以在线处理多种材料，包括化学放大抗蚀剂、含金属抗蚀剂和底层。这将实现灵活的晶圆厂运营。
今年下半年，ASML推出了最新0.33数值孔径EUV光刻机NXE：3600D，每小时曝光产量（throughput）预估可提升至160片，2023年再推出NXE：3800E可将每小时曝光产量提升到195～220片。
至于0.55高数值孔径的下一代EUV技术预计2025年后进入量产，支援1.5nm及1nm逻辑制程，以及最先进的DRAM制程。
在今年第二季度的电话会议上，ASML 首席执行官 Peter Wennink 表示，该公司计划今年生产约40台EUV光刻机，并将在2022 年扩大到55台，2023 年将产量增加到60台。
要生产EUV设备，ASML需要从德国蔡司公司采购系统所需的镜头，然而，它每年可以采购的镜头数量有限，这导致系统的交货时间很长。对此，Peter Wennink表示，该公司的EUV设备交付周期也将从之前的18至24个月缩短至12至 18个月。
Wennink 表示，其三大 DRAM 客户都计划使用 EUV 进行量产。到 2021 年，这些公司预计将总共花费 12 亿欧元来购买 EUV 系统。他补充说，未来向这些公司的 EUV 出货量将增加。
ASML已经开始生产其NXE 3600D新型EUV设备，与之前的3400C相比，该系统的生产率提高了15%到20%，覆盖率提高了30%。
今年第二季度，ASML的销售额为40亿欧元，净利润为10亿欧元，比2020年第二季度分别增长20%和38%。该公司的订单与上一季度相比增长了 75%，达到 83 亿欧元，其中 49 亿欧元用于EUV设备。
韩国占ASML销售额的39%，其次是中国台湾的35%。该公司预计2021年的销售额将比 2020年增长35%。
Hyper NA成为可能
在去年九月接受荷兰媒体bits-chips采访的时候Martin van den Brink曾直言：“光刻技术的过渡期很糟糕。因为如果你搞砸了，事情就会变得一团糟，尤其是现在这个组织已经这么大了。”他同时也指出，和从DUV向EUV演进不一样，对于High-NA光刻机，风险会小很多，这主要是因为设备上的基础设施改变不大。
“开发High-NA 技术的最大挑战是为 EUV 光学器件构建计量工具。High-NA 反射镜的尺寸是前一代产品的两倍，并且需要在 20 皮米内保持平坦。要实现这些目的，需要在一个大到‘你可以在其中容纳半个公司’的真空容器中进行验证。”Martin van den Brink说。
Martin van den Brink表示，在2017年刚开始启动High NA EUV项目的时候，他认为这将是EUV光刻机的最后一个NA，因为当时的他认为，High NA来得太晚了，没有足够的微缩能够来收回投资。他同时还透露，最开始其合作伙伴蔡司也不是很想参与这个项目。
虽然困难重重，但High NA EUV光刻机就快成为现实了。正如报道中所说，半导体业界还想知道的一个事情是，High-NA是否还有继任者。
报道指出，ASML 的技术副总裁 Jos Benschop 已经在2021年的 SPIE 高级光刻会议上透露，可能的替代方案，即波长的新台阶，不是一个选择。这与角度有关——EUV 反射镜反射光的效率在很大程度上取决于入射角。波长的降低会改变角度范围，这样透镜就必须变得太大而无法补偿。虽然ASML 正在研究它，但Van den Brink表示，就个人而言，他不认为 hyper-NA 会被证明是可行的。“我们正在研究它，但这并不意味着它会投入生产。多年来，我一直怀疑 high-NA 将是最后一个 NA，而且这个信念没有改变。”Van den Brink说。
据他所说，从技术上看，hyper-NA（高于0.7，可能是0.75）理论上是可以做到的。但他也同时提出：市场上还有多少空间可以容纳更大的镜头？我们可以出售这些系统吗？他在当时还强调，如果Hyper-NA 的成本增长速度与我们在 high-NA 中看到的一样快，那么它在经济上几乎是不可行的。
但是，在日前的财报中，Van den Brink说，我可以谈论 NA 高于 0.7 的 EUV（称为 Hyper NA）可能在本十年结束后不久成为现实（I could talk about EUV with an NA higher than 0.7 (known as Hyper NA) potentially becoming a reality shortly after the end of this decade）；。然而，接下来最合适的指南实际上是：这一切都取决于成本。我们需要越来越多地关注降低成本——这意味着不是减少资源，而是确保我们推向市场的解决方案更简单、更可持续、更有效、更易于维护、更易于制造且更具可扩展性。
Van den Brink强调，如果我在不了解对这些产品施加的成本和复杂性限制，就贸贸然转向下一个产品是不负责任的。这也正是ASML对将于 2023 年上市的新型光学计量系统所做的。公司在紧张的成本参数范围内重新审视了这个项目，并且已经能够实现比以前更具成本效益许多倍的新技术。同样，ASML正在继续努力控制当前0.33 NA EUV 系统以及High-NA 和 Hyper-NA 系统的成本，以确保微缩的需求仍然强劲。
“十年前，当我们开发 High-NA 时，我们无法想象 NA 超过 0.55 甚至存在。所以 Hyper-NA 是非常非常难以实现的。很棒的是我们的业务和研发能力可以同时处理所有这些事情。我们可以开发像 Hyper-NA 这样的技术，同时关注成本控制、简单性、可持续性、可制造性和可维护性。”Van den Brink在财报中说。
换而言之，Hyper-NA EUV光刻机可能真的要成为现实了。
